陕西北元化工集团股份有限公司热电分公
摘要：某电厂四台汽轮机是由中国长江动力集团制造的C125－8.83/1.0型高温、高压、单轴、冲动、直接空冷凝汽式汽轮机，采用高压抗燃油全电调，高压缸通流级为14级，低压缸为10级。对于汽轮机甩负荷是最恶劣的一种工况，它将引起机组转子转速飞升，进而威胁机组的安全性。本文定量分析在甩负荷后调门的动态关闭过程中，持续流入汽轮机的蒸汽和汽轮机内原有蒸汽将继续膨胀做功引起转子转速飞升，并就转速飞升的影响因素进行了探讨，为机组甩负荷后安全稳定运行提供了参考依据。对同类型机组甩负荷试验具有重要的借鉴和指导意义。
关键词：甩负荷；超速；转子
前言
某聚氯乙烯循环综合利用项目配套热电厂的汽轮机是由中国长江动力制造的C125－8.83/1.0型高温、高压、单轴、冲动、直接空冷凝汽式汽轮机。汽轮机本机有2个高压主汽调节阀，布置在汽轮机两侧，每个高压主汽调节阀由1个主汽阀和2个调节阀组成，调节阀和主汽阀在阀壳内呈一字形布置，结构紧凑。主汽阀配合直径均为￠245，4个调节阀的配合直径均为￠165。为了减小阀门的提升力，主汽阀和调节阀都设有预启阀。4个调节阀分别控制高压缸前部相对应的4个喷嘴组，4个调节阀分别由各自独立的油动机控制。为保障化工供电、供汽机组主蒸汽系统采用大母管制运行。
1机组事故经过
2018年5月9日№3发电机“定子接地”保护动作信号发出，№3汽轮发电机跳闸。№3机转速开始上升，№3机转速升至3109rpm，转速下降。
1.1机组甩负荷超速原因分析
汽轮机甩负荷后所引起的动态超速主要由两部分组成：1）在调门完全关闭前进入汽轮机的蒸汽做功所致；2）由汽轮机内已存蒸汽的做功所致。前者与机组调节系统动作的快速性有关，后者与机组的容积时间常数有关，即与机组的有害容积及其内部余留蒸汽的参数有关。
1.2 转子动态飞升方程
当汽轮发电机组突然甩去部分负荷或全部负荷时，将会引起汽轮机的主力矩和发电机的负载 力矩改变，两者之间的不平衡将引起汽轮发电机组转速的改变，根据动量矩方程可以写出：
式中J—— 汽轮发电机组转子的转动惯量
ΔMT—— 汽机的主力矩改变量
ΔMf —— 汽轮发电机组摩擦力矩改变量
Me—— 电磁力矩改变量
M（f）—— 外界负荷力矩改变量
1.3案例超速原因分析
机组甩负荷后，汽轮机转速在3090rpmOPC电磁阀动作迅速，调门关闭快速，№3机组调门其关闭时间（包括延迟时间）小于405ms。DCS曲线表明，在OPC动作调门全关后，机组转速并未很快得到有效控制，而是表现出持续上升的现象，DCS数据上看，机组甩负荷后的转速动态飞升时间5s内上升至峰值3109rpm。这说明机组甩负荷后的一段较长时间内仍有持续的蒸汽流量通过汽轮机，使汽轮机转速持续上升。检查机组进汽可能性结果表明，本机组供汽抽汽管道（1根350mm）上抽汽逆止门距离抽汽口较远（约13 m），高压缸导气管（4根273mm）距离调门大约10米，这部分容积内的蒸汽对机组转速飞升均有明显的影响。
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2 机组超速数据分析
从DCS曲线可以看出：① O PC动作到供热抽汽系统完全关闭，大约需要 0. 73s。②调节级压力从额定负荷时的6.5M Pa 降到稳定数值0M Pa，总共用于大约10s。③调门后进汽压力从甩负荷前的7.1MPa经过大约9s，降到0.25M Pa。④供汽抽汽压力开始下降点大约在调节级进汽压力下降大致相等。
2.1供汽抽汽逆止门前有害容积对机组动态超速的影响
额定负荷时管道内蒸汽压力1.15MPa，温度298℃，供热管道内径250mm，抽汽逆止门前长度约为13m，汽轮机排气压力 14kPa，排气温度 55℃，低压缸内效率 0.8374，额定负荷125MW。
根据相关数值可以计算出供热抽汽逆止门前有害容积时间常数：
TH1 = 0.11 s
供热抽汽逆止门前有害容积造成机组动态超速
为：VH1= 35.7 r/min
2.2导汽管道对机组动态超速的影响
额定负荷时管道内蒸汽压力7.1MPa，温度400℃，连通管内的蒸汽容积3.8906m3，汽轮机排气压力14kPa，排气温度 55℃，低压缸内效率 0.8374，额定负荷125MW。
导汽管道有害容积时间常数：
TH2 = 0.32 s
导汽管道有害容积造成机组动态超速为：
VH2 = 50.1 r/min
2.3 计算可得C125－8.83/1.0型高温、高压、单轴、冲动、直接空冷凝汽式汽轮机在机组满负荷情况下甩负荷后机组转速可上升至3085.8 r/min，考虑机组甩负荷后本体、抽汽疏水对机组动态超速的影响，机组甩负荷后转速可上升至3109 r/min。
3结语
在不能解决导气管、抽汽管道等过大有害容积对机组运行安全的威胁，为确保机组甩负荷后机组不发生严重超速事故，定期试验检查项目及措施：
（1）主汽门和调速汽门活动性试验、严密性试验；
（2）主汽门关闭时间测定（2台）；
（3）高压调速汽门关闭时间测定（4台）；
（4）各级抽汽逆止门活动试验；
（5）抽汽逆止门关闭时间测定（6台）；
（6）抽汽逆止门联动试验（6台）；
（7）就地及远方手动打闸试验。
参考文献：
[1]（苏）施亚新（П.Н.Шляхин）.汽轮机的特殊运行方式.凌长卿译，1957.07
[2]电力部建设协调司建质，汽轮机甩负荷试验导则[S]. 1996.
作者简介：
王雄，男，1980年03月出生，助理工程师，目前从事火电机组汽轮机运行维护工作。
论文作者:王雄
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/18
标签：机组论文; 汽轮机论文; 负荷论文; 转速论文; 调门论文; 容积论文; 蒸汽论文; 《防护工程》2018年第20期论文;